一种新型空气源热泵论文和设计-郭玮

全文摘要

本实用新型提供一种新型空气源热泵，包括空气压缩机、热交换器、电机、排凝阀、涡轮、冷媒，其直接采用空气作为冷媒，通过空气压缩机将空气压缩成高温高压空气之后，与低温空气或水在热交换器进行换热，从而实现对室内供暖，不会对环境产生污染，也不需要蒸发器。同时，根据实际需要，调整空气压缩机和热交换器的参数，输出温度更高的空气，为需要干燥的室内提供干燥空气。另外，本新型空气源热泵采用新风管路时，为室内输送经净化的空气，保证了室内的空气质量。此外，本新型空气源热泵为全气态工作，采用涡轮取代节流阀，冷却后的空气可推动涡轮做工以回收能量，实现能量回收的效果。

主设计要求

1.一种新型空气源热泵，其特征在于，包括空气压缩机、热交换器、电机、排凝阀、涡轮、冷媒；其中，所述冷媒为空气；所述电机与空气压缩机连接并驱动空气压缩机运转；所述空气压缩机将空气压缩成高温高压空气；经压缩的空气进入所述热交换器与新风管路进行换热；经加热后的空气通入室内供暖或干燥使用；经热交换器冷却后的空气经排凝阀排放冷凝水或者经过涡轮进行膨胀。

设计方案

2.根据权利要求1所述的新型空气源热泵，其特征在于，所述新型空气源热泵采用水循环管路替代新风管路。

3.根据权利要求2所述的新型空气源热泵，其特征在于，所述高温高压的空气进入热交换器，与水循环管路进行换热，加热后的循环水进入室内供暖使用。

4.根据权利要求1所述的新型空气源热泵，其特征在于，经加热的空气温度达到第一阈值时，进入室内供暖使用；其中，第一阈值为40度左右。

5.根据权利要求1所述的新型空气源热泵，其特征在于，经加热的空气温度达到第二阈值时，进入室内干燥使用；其中，第二阈值为80度左右。

6.根据权利要求1或2所述的新型空气源热泵，其特征在于，进入空气压缩机的空气经过消音过滤器过滤。

7.根据权利要求1所述的新型空气源热泵，其特征在于，经热交换器冷却后的空气进入涡轮，推动涡轮做功以驱动电机。

8.根据权利要求7所述的新型空气源热泵，其特征在于，经过涡轮膨胀后的空气可进入热交换器进行加热。

9.根据权利要求8所述的新型空气源热泵，其特征在于，通过新风管路进入热交换器的空气为纯室外空气、纯室内空气或两者混合体。

10.根据权利要求1所述的新型空气源热泵，其特征在于，所述电机采用高速电机。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，尤其涉及一种新型空气源热泵。

背景技术

随着工业技术的高速发展和人民生活条件的不断提高，生产和生活环境中均需要持续高效的供热系统。旧有空气源热泵的工作流程通常是：压缩机将回流的低压冷媒(一般为有机工质，氟利昂等)压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体与水或室内空气换热，换热后的水或者空气就是所需要的热量来源。冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器。由于蒸发器的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成气态，并吸收大量的热量。同时，在风扇的作用下，大量的空气流过蒸发器外表面，空气中的能量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低，变成冷气排出。随后，吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。然而，采用氟利昂等冷媒的制热系统通常设备复杂、成本高、效率低，同时会对环境造成较大污染，特别是对臭氧层造成极大破坏。

另外，随着环境污染的日益严重，室内的空气质量也较差，给人们的健康带来很大影响。并且对生产环境洁净度要求较高的工厂而言，也需要专门的空气过滤装置。于是，通过空气净化器或新风系统来净化室内和厂房内的空气，是生活和生产的迫切需要。

因此，设计一种环保、制热效率高、具有多种用途的空气源热泵，是当前需要解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述的环境污染严重、制热效率低、功能单一等问题，本实用新型提供了一种新型空气源热泵，直接采用空气作为冷媒，通过空气压缩机和热交换器对室内供暖，还通过新风系统净化空气，并根据实际需要，为干燥室提供干燥空气，最终冷却后的空气可推动涡轮做工以回收能量，从而有效的解决了环境污染严重、制热效率低、功能单一等问题。

上述的一种新型空气源热泵，包括空气压缩机、热交换器、电机、排凝阀、涡轮、冷媒；其中，所述冷媒为空气；所述电机与空气压缩机连接并驱动空气压缩机运转；所述空气压缩机将空气压缩成高温高压空气；经压缩的空气进入所述热交换器与新风管路进行换热；经加热后的空气通入室内供暖或干燥使用；经热交换器冷却后的空气经排凝阀排放冷凝水或者经过涡轮进行膨胀。

其中，所述新型空气源热泵采用水循环管路替代新风管路。

进一步地，所述高温高压的空气进入热交换器，与水循环管路进行换热，加热后的循环水直接进入室内供暖使用。

其中，经加热的空气温度达到第一阈值时，进入室内供暖使用；第一阈值为 40度左右。

其中，经加热的空气温度达到第二阈值时，进入室内干燥使用；第二阈值为 80度左右。

其中，进入空气压缩机的空气经过消音过滤器过滤。

其中，经热交换器冷却后的空气进入涡轮，推动涡轮做功以驱动电机。

其中，经过涡轮膨胀后的空气可进入热交换器进行加热。

其中，通过新风管路进入热交换器的空气为纯室外空气、纯室内空气或两者混合体。

其中，所述电机采用高速电机。

本实用新型的优点和有益效果在于：

相比旧式高污染的有机冷媒的制热系统，本实用新型提供了一种新型空气源热泵，直接采用空气作为冷媒，通过空气压缩机将空气压缩成高温高压空气之后，与低温空气或水在热交换器进行换热，从而实现对室内供暖，不会对环境产生污染。并且，旧式制热系统由于有机冷媒需要蒸发，在零下15度以下整机效率会急剧下降，而本新型空气源热泵不需要蒸发器，不受外界环境温度影响，在零下 15度以下依旧保持高效率的制热效果，COP(热泵的循环性能系数，coefficient of performance，由热泵系统所能实现的制热量(W)与输入功率(W)的比率；在相同的工况下，其比值越大说明这个热泵系统的效率越高、越节能)仍能保持在3以上。同时，根据实际需要，调整空气压缩机和热交换器的参数，输出温度更高的空气，为需要干燥的室内提供干燥空气，实现在室内潮湿环境中(比如游泳池)可以不用额外添置干燥设备，直接选用室外新风来保持室内的温湿度。另外，本新型空气源热泵采用新风管路时，为室内输送经净化的空气，保证了室内的空气质量。此外，本新型空气源热泵为全气态工作，采用涡轮取代节流阀，冷却后的空气可推动涡轮做工以回收能量，更有利于实现能量回收的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的一实施例中新型空气源热泵的工作原理示意图；

图2是本实用新型的另一实施例中新型空气源热泵的工作原理示意图。

附图标记说明：

1.新型空气源热泵 2.空气压缩机 3.热交换器 4.电机

5.排凝阀 6.涡轮 7.新风机

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1-2所示，本实用新型记载了一种新型空气源热泵1，包括空气压缩机 2、热交换器3、电机4、排凝阀5、涡轮6、冷媒。其中，所述冷媒为空气。电机4与空气压缩机2连接并驱动空气压缩机2运转，将空气压缩成高温高压空气。即室外空气进入空气压缩机2后，压力和温度同时上升，上升的幅度根据当时的热量需求，压缩机和涡轮设计的不同而不用，一般压力会提高2个大气压(表压)，温度上升100度。

根据不同场所的应用需求，调节空气压缩机2的参数，达到不同的加热温度。在室外空气的气压为1个大气压、温度为零下15度的情况下，空气压缩机可将空气压缩到2.5-3个大气压、达到80度的温度。随后，经压缩的空气从空气压缩机2进入热交换器3与新风管路进行换热，实现加热新风。新风管路的空气来源为低温的室外空气时，经新风管路过滤空气污染，成为洁净的空气。其中，新风管路包括新风机7和管道配件，通过新风机7净化室外空气。过滤后的空气在热交换器3中加热，经加热的空气作为供暖或干燥使用。经热交换器3冷却后的空气经排凝阀排放冷凝水或者经过涡轮进行膨胀。

作为替代方案，本新型空气源热泵1还可以采用水循环管路替代新风管路。高温高压的空气进入热交换器3，与水循环管路进行换热，加热后的循环水直接进入室内供暖使用。相比新风管道的空气换热需要较大接触面积导致整体管道和热交换器体积较大的特点，采用该水循环管路作为室内供暖的方式，可以大幅减小热交换器3和管道的占有空间。但是，该方式无法实现100％新风，尤其是在潮湿的室内环境中，还可能需要另配除湿器。

优选地，为室内提供生活和生产的环境温度时，可调节空气压缩机2的参数。空气压缩机2可将1个大气压、零下15度的室外空气压缩成2.5-3个大气压、80 度的温度，并与未压缩的室外空气经热交换器3换热，经加热的空气温度达到第一阈值时，进入室内供暖使用。其中，第一阈值为40度左右，即达到1个大气压、40度的温度，直接供室内使用。

优选地，为室内提供高温干燥的环境温度时，可调节空气压缩机2的参数。空气压缩机2可将1个大气压、20度的室外空气压缩成2.5个大气压、110度的温度，并与低温空气经热交换器3换热，经加热的空气温度达到第二阈值时，进入室内干燥使用，以烘干室内物品或地面。其中，第二阈值为80度左右，即达到1个大气压、80度的温度，供干燥室使用。

优选地，进入空气压缩机2的空气经过消音过滤器过滤，以过滤空气中的粉尘，减少机器运行噪音和气流噪音。

优选地，经热交换器3冷却后的空气进入涡轮6，推动涡轮6做功以驱动电机4。上述经热交换器3冷却后的空气为2.5个大气压、温度为45度。冷却后的部分空气经排凝阀5排放冷凝水，部分空气进入涡轮6进行能量回收，将回收的能量用于驱动电机4。最后，经过冷却后的空气经过涡轮6膨胀后排出。

如图2所示，为了加快换热效果，无需再次过滤室外空气，优选地，经过涡轮6膨胀后的空气可直接进入热交换器3进行加热。冷却后的部分空气经排凝阀 5排放冷凝水，部分空气进入涡轮6进行能量回收，将回收的能量用于驱动电机 4。涡轮6将冷却后的2.5个大气压、温度为85度空气进行膨胀，成为1个大气压、0度的空气，从而将具有该参数的空气直接用于热交换器3的换热，之后供室内使用。

根据外界环境的因素以及室内生活和生产的应用需求，通过新风管路进入热交换器3的空气为纯室外空气、纯室内空气或两者混合体。

进一步地，在该新型空气源热泵1中，所述电机4采用高速电机。优选地，所述电机4采用2000r\/min左右的高速电机。

本实用新型提供了一种新型空气源热泵，直接采用空气作为冷媒，通过空气压缩机将空气压缩成高温高压空气之后，与低温空气或水在热交换器进行换热，从而实现对室内供暖，不会对环境产生污染。并且，本新型空气源热泵不需要蒸发器，不受外界环境温度影响，在零下15度以下依旧保持高效率的制热效果， COP保持在3以上。同时，根据实际需要，调整空气压缩机和热交换器的参数，输出温度较高的空气，为需要干燥的室内提供干燥空气，功能多样。另外，本新型空气源热泵采用新风管路时，为室内输送经净化的空气，保证了室内的空气质量。此外，本新型空气源热泵为全气态工作，涡轮取代节流阀，冷却后的空气可推动涡轮做工以回收能量，实现能量回收的效果。

对所公开的实施例的上述说明，以便本技术领域的专业技术人员能够实现或使用本申请。针对这些实施例的多种修改，对本技术领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

设计图

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